CN110239598A - 基于多频段通信的列车防撞*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于多频段通信的列车防撞***，属于列车运行控制***技术领域。包括实现同一线路上的前后两列车间的数据通信的多频段通信单元；将列车速度信息、两列车间的距离信息传输到所述预警控制单元的选择控制单元；计算列车的速度信息的测速单元；计算前后两列车间的实际间距的距离测算单元；根据所述速度信息和所述两列车间的实际间距获取列车运行控制信号的运行控制单元。本发明结合目前成熟的传统无线通信技术和目前具有更强的抗干扰能力扩频通信技术，在复杂情况下能够有效保证列车间的可靠通信，采用车车无线通信技术，有效实现列车防撞的功能。
Description
技术领域
本发明涉及列车运行控制***技术领域，具体涉及一种基于多频段通信的列车防撞***。
背景技术
目前列车运行控制与列车调度是保证列车安全、快速运行的关键***。列车运行控制***通过控制列车的速度和位移，保证列车运行的安全。列车调度可以调整偏离计划时刻表的情况，使路网快速恢复正常运营。由于两者的交互途径为人工交互，故信息传输难免会出现误差，无法确保实时性。当列车发生故障时，不仅无法保证列车运行控制***与列车调度的可靠通信，还可能因调度人员的失误导致后果即为严重的交通事故。现有的基于GPS***的列车防撞技术及红外防撞技术均无法保证列车在复杂环境下的可靠通信。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够保证列车在复杂环境下实现可靠通信的基于多频段通信的列车防撞***，以解决上述背景技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明提供的一种基于多频段通信的列车防撞***，包括：多频段通信单元、信道控制单元、测速单元、距离测算单元和运行控制单元；
所述多频段通信单元，用于实现同一线路上的前后两列车间的数据通信；
所述信道控制单元，用于完成通信信道的选择，并将所述测速单元测得的列车速度信息、所述距离测算单元测得的前后两列车间的实际间距传输到所述运行控制单元；
所述测速单元，用于计算列车的速度信息；
所述距离测算单元，用于计算前后两列车间的实际间距；
所述运行控制单元，用于根据所述速度信息和所述两列车间的实际间距获取列车运行控制信号，控制列车的运行状态。
优选的，所述多频段通信单元包括扩频通信模块和无线通信模块。
优选的，所述无线通信模块为基于FLRC、FSK或GFSK调制技术的无线通信模块；
所述扩频通信模块为基于Lora扩频通信技术的扩频通信设备。
优选的，所述信道控制单元采用满足ISO26262标准中ASIL-D等级的安全微处理器对所述扩频通信模块与所述无线通信模块进行监视，实现通信信道的选择；其中，
当前后两列车的实际间距小于2000米时，采用高频信号进行车车通信；信道控制单元选择高频信号建链通信，同时保持低频信号通信；
当前后两列车的实际间距大于2000米时，高频信号衰耗较大，发生断链，信道控制单元选择低频信号通信。
当两车距离较远时，采用低频信号进行车车通信。
优选的，所述高频信号为2.4GHz-5GHz，所述低频信号为小于433MHz。
优选的，所述距离测算单元包括距离计算模块和电子地图修正模块；
所述距离计算模块，用于计算前后两车的直线距离；
所述电子地图修正模块，用于对所述直线距离进行修正，得到所述前后两车间的实际间距。
优选的，所述距离计算莫模块采用到达时间法计算两车的直线距离L，
L＝c(t1-t0)
其中，c为信号的传播速度，t0为信号的发送时间，t1为信号的接收时间。
优选的，所述运行控制单元分析前后两辆列车在轨道上的实际运行间距，当实际运行间距小于安全防护距离时，发出制动信号给后车。
优选的，所述控制单元还包括预警模块，所述运行控制单元分析前后两辆列车在轨道上的实际运行间距，当实际运行间距小于安全防护距离时，预警模块发预警信号。
优选的，所述预警模块为语音播报装置或显示屏。
本发明有益效果：结合目前成熟的传统无线通信技术和目前具有更强的抗干扰能力扩频通信技术，有效保障复杂情况下的可靠通信，采用车车无线通信技术，有效实现列车防撞的功能。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所述的基于多频段通信的列车防撞***功能原理框图。
图2为本发明实施例2所述的基于多频段通信的列车防撞***功能原理框图。
图3为本发明实施例2所述的基于多频段通信的列车防撞***使用状态示意图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供一种基于多频段通信的列车防撞***，包括：多频段通信单元、信道控制单元、测速单元、距离测算单元和运行控制单元；
所述多频段通信单元，用于实现同一线路上的前后两列车间的数据通信；
所述信道控制单元，用于完成通信信道的选择，并将所述测速单元测得的列车速度信息、所述距离测算单元测得的前后两列车间的实际间距传输到所述运行控制单元；
所述测速单元，用于计算列车的速度信息；
所述距离测算单元，用于计算前后两列车间的实际间距；
所述运行控制单元，用于根据所述速度信息和所述两列车间的实际间距获取列车运行控制信号，控制列车的运行状态。
所述多频段通信单元包括扩频通信模块和无线通信模块。
所述无线通信模块为基于FLRC、FSK或GFSK调制技术的无线通信模块；
所述扩频通信模块为基于Lora扩频通信技术的扩频通信设备。
所述信道控制单元采用满足ISO26262标准中ASIL-D等级的安全微处理器对所述扩频通信模块与所述无线通信模块进行监视，实现通信信道的选择；其中，
当前后两列车的实际间距小于2000米时，采用高频信号进行车车通信；信道控制单元选择高频信号建链通信，同时保持低频信号通信；
当前后两列车的实际间距大于2000米时，高频信号衰耗较大，发生断链，信道控制单元选择低频信号通信。
当两车距离较远时，采用低频信号进行车车通信。
所述高频信号为2.4GHz-5GHz，所述低频信号为小于433MHz。
所述距离测算单元包括距离计算模块和电子地图修正模块；
所述距离计算模块，用于计算前后两车的直线距离；
所述电子地图修正模块，用于对所述直线距离进行修正，得到所述前后两车间的实际间距。
所述距离计算莫模块采用到达时间法计算两车的直线距离L，
L＝c(t1-t0)
其中，c为信号的传播速度，t0为信号的发送时间，t1为信号的接收时间。
所述运行控制单元分析前后两辆列车在轨道上的实际运行间距，当实际运行间距小于安全防护距离时，发出制动信号给后车。
所述控制单元还包括预警模块，所述运行控制单元分析前后两辆列车在轨道上的实际运行间距，当实际运行间距小于安全防护距离时，预警模块发预警信号。
所述预警模块为语音播报装置或显示屏。
实施例2
如图2所示，本发明实施例2提供一种基于多频段通信的列车防撞***，该***包括：
1、多频段通信单元：
包括扩频通信模块与传统无线通信模块，并采用高低两个不同的频段进行同一线路上前后两辆列车间的数据通信。两车距离较近时，采用具有传输速度高的高频信号进行车车通信，利用高速频繁地信息交互适应列车此时较低的安全冗余度；两车距离较远时采用具有更远传输距离优点的低频信号进行车车通信；所述双通信单元的结构保障复杂情况下的可靠通信。
2、信道控制单元：
负责监视和选择最合适的通信信道，将通过测速单元得到的前后两辆列车的速度信息，以及距离测算单元测得的列车间的实际间距信息传输到前后两车。
3、所述距离测算单元：
包括距离计算模块和电子地图修正模块，所述距离计算模块可选用到达时间法测得两车的前后两车的直线距离，再利用所述电子地图修正模块对该直线距离进行修正，得到前后两车实际运行间距。
4、所述运行控制单元：
处理信息并适时发出预警信号、制动信号。
如图3所示，在同一条线路上的前后运行的两辆列车，通过安装在列车头部的多频段通信的列车防撞***，进行数据通信。多频段通信单元确定前后两车的基本线路信息和列车号信息，成功匹配后即可进行数据通信。
所述距离测算单元包括距离计算模块和电子地图修正模块，距离计算模块测得前后两车的直线距离，电子地图修正单元对该直线距离进行修正，得到前后两车实际运行间距。当列车处于隧道等较恶劣的通信环境时，可选用扩频通信模块作为此时的有效通信单元，并发送当前列车的基本信息，速度信息和通信状态信息。信道控制单元通过满足ISO26262标准中ASIL-D等级的安全微处理器对所述扩频通信模块与所述传统无线通信模块进行监视，根据列车的速度、距离、通信单元工作状态选择测当前的有效通信信道。
所述传统无线通信模块可选用基于FLRC、FSK，GFSK等调制技术的无线通信单元。其中，GFSK的技术基础于FSK，而基于FSK调制的通信技术不仅实现较为容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，还具有传输速率较高与成本较低的优点，而在近距离时，列车运行的安全冗余度低，列车间的通信速率与实时性要求更高，需要更高的通信速度进行高速频繁的信息交互，而高频通信具有传输速度高的优点，故两车距离较近时采用传统无线通信模块的高频段信道进行车车通信。例如，当前后列车距离较近时，采用高频段如2440MHz频段进行高速可靠通信；当前后列车距离较远时，采用低频段如433MHz频段进行远距离可靠通信。
扩频通信的最基本特点是抗干扰能力强，扩频***的扩展频道越宽，获得的处理增益越高，干扰容限就越大，抗干扰能力就越强。接收端采用与发送端同步的扩频码解扩后，有用信号得到恢复，其他干扰信号的频谱都被展宽了，从而使得落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而抑制了干扰。因此当列车处于隧道等较恶劣的通信环境时，可以选用扩频通信单元11进行车车无线通信。
所述测速单元负责提供所需的列车实际速度信息，可选用测速雷达或其他成熟的列车测速设备。
所述运行控制单元处理接收到的列车速度和前后列车间距信息，后车适时发出预警信号、制动信号。其中预警信号可采用语音进行播报以及显示屏显示等形式警示司机，考虑到列车运行的安全性和人工处理的不及时性，必要时预警控制单元将会产生制动信号直接控制列车进行制动操作。
综上所述，在本发明实施例中，结合高频通信的高速优点和低频通信的传输距离远的优点，当前后两辆列车间距较近时，安全冗余度低，需要更高的通信速度进行高速频繁的信息交互，故两车距离较近时采用具有传输速度高的高频信号进行车车通信；当前后两辆列车间距较远时，安全冗余度高，信息交互不用很频繁，而低频信号在长距离传输中，绕射性能较好但通信速率低，故两车距离较远时采用具有更远传输距离优点的低频信号进行车车通信；结合目前成熟的传统无线通信技术和目前具有更强的抗干扰能力扩频通信技术，有效保障复杂情况下的可靠通信，采用车车无线通信技术，有效实现列车防撞的功能。
本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于，包括：多频段通信单元、信道控制单元、测速单元、距离测算单元和运行控制单元；
所述多频段通信单元，用于实现同一线路上的前后两列车间的数据通信；
所述信道控制单元，用于完成通信信道的选择，并将所述测速单元测得的列车速度信息、所述距离测算单元测得的前后两列车间的实际间距传输到所述运行控制单元；
所述测速单元，用于计算列车的速度信息；
所述距离测算单元，用于计算前后两列车间的实际间距；
所述运行控制单元，用于根据所述速度信息和所述两列车间的实际间距获取列车运行控制信号，控制列车的运行状态。
2.根据权利要求1所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：
所述多频段通信单元包括扩频通信模块和无线通信模块。
3.根据权利要求2所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：
所述无线通信模块为基于FLRC、FSK或GFSK调制技术的无线通信模块；
所述扩频通信模块为基于Lora扩频通信技术的扩频通信设备。
4.根据权利要求3所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：所述信道控制单元采用满足ISO26262标准中ASIL-D等级的安全微处理器对所述扩频通信模块与所述无线通信模块进行监视，实现通信信道的选择；其中，
当前后两列车的实际间距小于2000米时，采用高频信号进行车车通信；信道控制单元选择高频信号建链通信，同时保持低频信号通信；
当前后两列车的实际间距大于2000米时，高频信号衰耗较大，发生断链，信道控制单元选择低频信号通信。
当两车距离较远时，采用低频信号进行车车通信。
5.根据权利要求4所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：
所述高频信号为2.4GHz-5GHz，所述低频信号为小于433MHz。
6.根据权利要求1所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：
所述距离测算单元包括距离计算模块和电子地图修正模块；
所述距离计算模块，用于计算前后两车的直线距离；
所述电子地图修正模块，用于对所述直线距离进行修正，得到所述前后两车间的实际间距。
7.根据权利要求6所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：
所述距离计算莫模块采用到达时间法计算两车的直线距离L，
L＝c(t1-t0)
其中，c为信号的传播速度，t0为信号的发送时间，t1为信号的接收时间。
8.根据权利要求1所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：
所述运行控制单元分析前后两辆列车在轨道上的实际运行间距，当实际运行间距小于安全防护距离时，发出制动信号给后车。
9.根据权利要求8所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：
所述控制单元还包括预警模块，所述运行控制单元分析前后两辆列车在轨道上的实际运行间距，当实际运行间距小于安全防护距离时，预警模块发预警信号。
10.根据权利要求9所述的基于多频段通信的列车防撞***，其特征在于：所述预警模块为语音播报装置或显示屏。
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| CN113401174A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-17 | 通号城市轨道交通技术有限公司 | 一种基于低频通信的列车运行控制方法及装置 |
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